一.虚拟网卡介绍

虚拟网卡通常称为为tap/tun。
tap/tun 是 Linux 内核 2.4.x 版本之后实现的虚拟网络设备，不同于物理网卡靠硬件网卡实现，tap/tun 虚拟网卡完全由软件来实现，功能和硬件实现完全没有差别，它们都属于网络设备，都可以配置 IP，都归 Linux 网络设备管理模块统一管理。

二.物理网卡收发包流程

1.收包：外界向该物理网卡发送数据包时，外界发送到网卡的数据包最终会传输到内核空间的网络协议栈中
2.发包：本机要从物理网卡发送数据包时，数据将从内核的网络协议栈传输到网卡，网卡负责将数据发送出去
注：现在的网卡具备DMA能力，所以网卡和网络协议栈之间的数据传输由网卡负责，而非由内核亲自占用CPU来执行读和写
一般来说，数据的起点和终点是用户程序，所以多数时候的数据需要在用户空间和内核空间(网络协议栈)再传输一次：

物理网卡需要通过网卡驱动在内核中注册后才能工作，它在内核网络协议栈和外界网络之间传递数据，用户可以为物理网卡配置网卡接口属性，比如IP地址，这些属性都配置在内核的网络协议栈中。

三.虚拟网卡收发包流程

内核也可以直接创建虚拟的网卡，只要为虚拟网卡提供网卡驱动程序，使其在内核中可以注册成为网卡设备，它就可以工作。

从Linux内核3.x版本开始，物理网卡和虚拟网卡是平等的设备，它们都会在注册时创建net_device数据结构来保存(物理或虚拟)设备信息。

相比于物理网卡负责内核网络协议栈和外界网络之间的数据传输，虚拟网卡的两端则是内核网络协议栈和用户空间，它负责在内核网络协议栈和用户空间的程序之间传递数据。

1.收数据包：

数据如何从内核空间到用户空间呢？这里用到一个字符设备。
在 Linux 中，用户空间和内核空间的数据传输有多种方式，字符设备就是其中的一种。tap/tun 通过驱动程序和一个与之关联的字符设备，来实现用户空间和内核空间的通信接口。
在 Linux 内核 2.6.x 之后的版本中，tap/tun 对应的字符设备文件分别为：

tap：/dev/tap0
tun：/dev/net/tun

设备文件即充当了用户空间和内核空间通信的接口。当应用程序打开设备文件时，驱动程序就会创建并注册相应的虚拟设备接口，一般以 tunX 或 tapX 命名。当应用程序关闭文件时，驱动也会自动删除 tunX 和 tapX 设备，还会删除已经建立起来的路由等信息。
tap/tun 设备文件就像一个管道，一端连接着用户空间，一端连接着内核空间。当用户程序向文件 /dev/net/tun 或 /dev/tap0 写数据时，内核就可以从对应的 tunX 或 tapX 接口读到数据，反之，内核可以通过相反的方式向用户程序发送数据。

2.发包流程

Tap/Tun如何和网络协议栈传输数据

tap/tun 通过实现相应的网卡驱动程序来和网络协议栈通信。一般的流程和物理网卡和协议栈的交互流程是一样的，不同的是物理网卡一端是连接物理网络，而 tap/tun 虚拟网卡一般连接到用户空间。

如上图所示，假设APP A要访问 192.168.1.200的服务器，数据包经过协议栈如下几个步骤：
1.APP A发送数据包到内核协议栈
2.经过内核协议栈的路由判决，判断下一个出接口为TunX
3.TunX接收到数据后，将数据包发送到字符设备/dev/net/tun
4.APP B从字符设备读取出数据包，已知要访问192.168.1.200的服务器是要发10.10.1.200目的地址
5.APP B将读取出的数据包作为原始数据，发送到内核协议栈
6.内核协议栈接收到APP B的数据（原数据包），进行数据封装，包一层新IP头，源IP为10.10.1.200，目的IP为10.10.1.200
7.数据包从Eth0物理接口出去
8.数据包发到对端服务器，进行上述1～7的逆过程

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